2020年5月8日13時(shí)49分，由中國航天科技集團(tuán)空間技術(shù)研究院抓總研制的我國新一代載人飛船試驗(yàn)船的返回艙，在東風(fēng)著陸場(chǎng)預(yù)定區(qū)域成功著陸!
新一代載人飛船是面向我國載人月球探測(cè)、空間站運(yùn)營等任務(wù)需求而論證的具有國際先進(jìn)水平的新一代天地往返運(yùn)輸飛行器。此次試驗(yàn)船飛行任務(wù)的圓滿成功，標(biāo)志著中國新一代載人飛船已具備雛形，也標(biāo)志著艙體結(jié)構(gòu)、材料、控制系統(tǒng)等領(lǐng)域一大批新技術(shù)取得了重要突破。
其中重要的技術(shù)突破之一，是由航天五院總體部主導(dǎo)的超大尺寸整體鈦框架設(shè)計(jì)及成型技術(shù)。超大尺寸整體鈦框架結(jié)構(gòu)全部采用3D打印工藝制造，成功實(shí)現(xiàn)了減輕重量、縮短周期、降低成本等目標(biāo)。新一代載人飛船試驗(yàn)船的成功返回也標(biāo)志著超大尺寸關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件整體3D打印技術(shù)通過大考。
新一代載人飛船返回過程中，防熱大底部位承受最惡劣氣動(dòng)力和氣動(dòng)熱。防熱大底框架結(jié)構(gòu)就是氣動(dòng)力熱作用下的最主要的承力部件。由于鈦合金框架的尺寸過大，若使用傳統(tǒng)鍛造工藝造價(jià)極高。同時(shí)由于設(shè)計(jì)方案需要不斷調(diào)整和迭代，使得原本就異常緊張的研制周期變得捉襟見肘。以航天五院總體部馬彬?yàn)槭椎脑O(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)決定采用“化整為零”的思路，嘗試采用激光沉積3D打印技術(shù)來實(shí)現(xiàn)“好、快、廉”的設(shè)計(jì)目標(biāo)。該技術(shù)既能適應(yīng)設(shè)計(jì)方案的快速優(yōu)化與迭代，實(shí)現(xiàn)應(yīng)對(duì)載荷分布的輕量化設(shè)計(jì);又能同步開展超大尺寸鈦框架3D打印工藝的研究，縮短研制周期，提高研制成品率，大大降低生產(chǎn)成本。
鑫精合激光科技發(fā)展有限公司是承擔(dān)該防熱大底框架增材制造工作的一家民營企業(yè)，集團(tuán)董事長(zhǎng)李澄介紹，高性能大型關(guān)鍵金屬結(jié)構(gòu)件制造可以說是金屬3D打印技術(shù)的“鬼門關(guān)”，一方面由于零件尺寸過大，內(nèi)部熱應(yīng)力也呈指數(shù)級(jí)上升，變形甚至開裂就成了金屬增材制造技術(shù)的夢(mèng)魘;另一方面凝固過程、冷卻過程控制不住就會(huì)產(chǎn)生冶金缺陷，對(duì)于關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件來講，冶金缺陷是絕不能容許的問題。
經(jīng)過十幾年的摸索和積累，我國激光沉積制造金屬3D打印技術(shù)已經(jīng)取得了完整突破，從設(shè)備研發(fā)生產(chǎn)、材料開發(fā)到工藝參數(shù)研發(fā)的全過程實(shí)現(xiàn)了100%國產(chǎn)化。像鑫精合這樣的民營企業(yè)，不僅可以實(shí)現(xiàn)任一尺寸和全部主流材料牌號(hào)的零組件定制化生產(chǎn)，而且實(shí)現(xiàn)了激光沉積制造設(shè)備和粉末完全自主研發(fā)。
目前，激光沉積制造技術(shù)正在越來越多的應(yīng)用在航空航天領(lǐng)域，通過對(duì)增材制造技術(shù)認(rèn)識(shí)的不斷深入，我國金屬制造業(yè)必將會(huì)發(fā)生本質(zhì)性的變革。一是材料冶金技術(shù)將發(fā)生變革，體現(xiàn)在材料的制備及性能將擺脫傳統(tǒng)冶金過程的原理性約束，實(shí)現(xiàn)非平衡、梯度、難熔等高性能新材料的智能制備，達(dá)到制造過程即是冶金過程的新境界;二是重大裝備結(jié)構(gòu)和性能將發(fā)生變革，結(jié)構(gòu)件的輕量化、整體化等都將會(huì)達(dá)到新的水平;三是大型產(chǎn)品制造模式將發(fā)生變革，因零件尺寸原因帶來的生產(chǎn)準(zhǔn)備投入高、周期長(zhǎng)等限制已獲得突破，大型新產(chǎn)品的研制將可以實(shí)現(xiàn)快速、低成本、數(shù)字化/智能化制造。
毛澤東主席曾在詩詞中寫到，“可上九天攬?jiān)?，可下五洋捉鱉，談笑凱歌還。世上無難事，只要肯登攀”。新一代載人飛船返回艙的安全返回，意味著不計(jì)其數(shù)的新技術(shù)、新工藝正在中國人民的雙手中蓬勃發(fā)展，意味著“中國制造”必將進(jìn)入“中國創(chuàng)造”的全新時(shí)代，更意味著任何困難也不能阻止中華民族實(shí)現(xiàn)中國夢(mèng)的偉大征程!
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